[发明专利]基于表面阻抗的亚波长金属刻槽结构周期漏波天线

说明书

本发明公开了一种基于表面阻抗的亚波长金属刻槽结构周期漏波天线，包括金属质结构体，所述金属质结构体上刻蚀有不同深度的亚波长金属槽；金属槽的深度呈周期变化，该周期变化满足其等效的表面阻抗按余弦或三角波周期函数分布。本发明将表面阻抗的概念用于SSPPs并进行周期调制，在微波段实现的低剖面高定向性辐射天线后面方向图中可以看到主瓣的波半宽度约为3度左右，实现了非常好的高定向性。本发明性能稳定；制作简单、工艺成熟、价格不高、便于推广；纯金属结构抗压耐磨；可通过结构参数的缩放，适用于微波、毫米波和太赫兹波等不同波段。

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其是一种基于表面阻抗的亚波长金属刻槽结构周期漏波天线。

背景技术

在微波毫米波工程中，漏波天线是比较新的天线，其原理基于表面波的快波辐射，对于慢波而言，如果表面阻抗为周期性结构或其他调制结构，根据Bloch定理，其对应的空间谐波中，满足快波条件的波矢量对应的谐波就会发生辐射，而对应找到这种快波条件的辐射机理基于布里渊区能带图或色散关系图和光线的对比。

阻抗表面是新型人工电磁材料和随机选择频率表面发展的一个方向，新型人工电磁材料是将特定几何形状的亚波长金属单元结构周期或准周期排布植入基本材料内部或表面所构成的一种人工材料，在微波段，其亚波长结构相对于来波的响应模拟了微观尺度原子或分子对光波段电磁波的相应，阻抗表面又称新型人工电磁材料表面或超表面，它和新型人工电磁材料的区别是二维和三维的区别，由特定形状的亚波长金属单元结构按周期或准周期排布在介质板表面，用于分析其对表面波的响应。

表面等离子极化激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是在光波段一种传播与空气和金属之间的表面波，这种表面波之所以存在是由于金属在光波段所表现出的负介电常数的特性导致的。在微波段，人们通过在二维金属表面打孔，或者一维金属长条上刻槽来实现这种人工表面等离子极化基元(Spoof SPPs,SSPPs)，无论SPPs还是SSPPs都是一种横磁表面波，因此支持这种表面波的结构可以理解为是一种阻抗表面，这样，只要分析其表面的感抗特性，即可讨论表面阻抗的周期调制从而辐射所需要的定向漏波。

发明内容

发明目的：提供一种基于表面阻抗的亚波长金属刻槽结构周期漏波天线，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种基于表面阻抗的亚波长金属刻槽结构周期漏波天线，包括金属质结构体，所述金属质结构体上刻蚀有不同深度的亚波长金属槽；金属槽的深度呈周期变化，该周期变化满足其等效的表面阻抗按余弦或三角波周期函数分布；所述金属质结构体的中心刻蚀有上下镂空的用于馈电耦合的缝隙，该缝隙的下表面端接波导馈电，上表面能量耦合到金属槽结构形成表面波并经周期调制辐射。

进一步的，表面阻抗Z(x)为一维x方向的调制周期函数，表示：

Z(x)＝j[X+M cos(nkx)+kx sinθ]；

式中，j为虚数，表示表面阻抗作为虚数的电感特性，X是函数分布的中值，M是调制深度，k为波在空气中的传播常数，n为表面波在传播方向上的等效折射率，θ是漏波辐射方向和表面法线方向的夹角。

进一步的，表面阻抗Z(x)为：

式中，p＝2π/nk，j为虚数，表示表面阻抗作为虚数的电感特性，X是函数分布的中值，M是调制深度，k为波在空气中的传播常数，nk是表面波在传播方向x的传播常数，n为表面波在传播方向上的等效折射率。

优选的，所述金属质结构体为镀铜的铝质长方体。